SLM制备AlCoFeNiSmTiVZr体系高熵合金

供稿人：陈子豪、张航
供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室

利用37种主要元素的组合，可以组成几百万种高熵合金，而现有文献中的HEA数量不超过450种。因此，发现坚固耐用的高熵合金是一个巨大的需求和机会。尽管人们已经探索了各种等原子HEAs，但在利用镧系/稀土元素和难熔元素与过渡金属和铝结合的方向上还没有明确的研究。

2019年，为了进一步探索高熵合金，美国犹他大学利用选择性激光熔化技术制造了AlCoFeNiV0.9Sm0.1、AlCoFeNiSm0.1TiV0.9、AlCoFeNiSm0.05TiV0.95Zr和AlCoFeNiTiVZr块状高熵合金。图1 是SLM成形的AlCoFeNiTiVZr，AlCoFeNiSm0.1TiV0.9，AlCoFeNiSm0.1V0.9，AlCoFeNiSm0.05TiV0.95Zr的微观结构，没有观测到有任何明显的孔洞或裂纹，也没有任何不规则或中断的熔道，表面形貌也表明样品中球化效应不明显。

图2是SLM成形的AlCoFeNiTiVZr，AlCoFeNiSm0.1TiV0.9，AlCoFeNiSm0.1V0.9，AlCoFeNiSm0.05TiV0.95Zr的洛氏硬度比较。由图可知Sm的加入大大提高了合金的硬度，尤其是AlCoFeNiSm0.1V0.9，AlCoFeNiSm0.05TiV0.95Zr的硬度大于或等于细晶粒尺寸的碳化钨的横向断裂强度。

(a) AlCoFeNiTiVZr 腐蚀前；(b) AlCoFeNiTiVZr腐蚀后；(c) AlCoFeNiSm0.1TiV0.9腐蚀前；(d) AlCoFeNiSm0.1TiV0.9腐蚀后；(e、f) AlCoFeNiV0.9Sm0.1腐蚀前；(g) AlCoFeNiV0.9Sm0.1腐蚀前、后（插图）；(h) AlCoFeNiV0.9Sm0.1长时间曝光腐蚀后；(i) AlCoFeNiSm0.05TiV0.95Zr腐蚀前、后 (插图)。 图1 制备的HEA样品的SEM图片

图2 制备的HEA样品的洛氏硬度结果

总体而言，研究设计并采用SLM制备了四种新型高熵合金，其中包含难熔元素Zr、Ti和一种稀土元素Sm，样品晶粒均匀，没有明显裂纹、杂质或第二相积淀，分析和表征技术表明，这些合金大多为单相FCC结构，表现出优异的机械性能和耐腐蚀性能。这说明在未来，增材制造技术作为一种不复杂、快速、自由度高的成形技术将是探索新型高熵合金的首选。

参考文献：
1.Prashant, K, et al. Additive manufactured new hybrid high entropy alloys derived from the AlCoFeNiSmTiVZr system[J]. Applied Surface Science, 2019.